روشي براي توالي سنجي مولكول دي‌ان‌اي با استفاده از نانولوله كربني: مطالعه ديناميك مولكولي

A Method of DNA Sequencing By Using Carbon Nanotube: A Molecular Dynamics Study

دي ان‌اي از مولكول‌هايي به نام نوكلئوتيد تشكيل شده است. چهار نوع نوكلئوتيد در دي‌ان‌اي وجود دارند: آدنين، سيتوزين، گوانين و تيمين. مشخص كردن ترتيب بازهاي تشكيل دهنده دي‌ان‌اي را توالي سنجي دي‌ان‌اي مي‌نامند. اين توالي تعيين كننده ژن‌ها خواهد بود و ژن‌ها تعيين كننده صفات منحصر به فرد هر شخص هستند. از اين رو تحقيقات ژنتيكي نقش مهمي در تشخيص، پيشگيري و يا درمان بيماري‌هاي ناشي از اختلالات و جهش‌هاي ژنتيكي ايفا مي‌كنند. روش‌هاي معمول براي توالي سنجي عمد‌تاً بر پايه واكنش‌هاي شيميايي بنا نهاد شده اند. اين روش‌ها داراي معايبي هستند مانند از بين رفتن دي‌ان‌اي و هزينه بالا. به همين علت، در سال‌هاي اخير با پيشرفت روش‌هاي شبيه سازي در مقياس مولكولي، رويكرد‌هاي متنوعي براي توالي سنجي مولكول‌ دي‌ان‌اي ايجاد شده است. در اين مقاله ابتدا يك روش مناسب براي توالي سنجي ارائه مي‌گردد و سپس صحت عملكرد آن با استفاده از شبيه سازي‌هاي ديناميك مولكولي بررسي مي‌گردد. در اين روش مولكول دي‌ان‌اي ابتدا از داخل نانولوله كربني و سپس از نانوحفره گرافن با سرعت مشخصي عبور مي‌كند. سپس با تحليل نيروي لازم براي عبور آن، باز‌ها شناخته مي‌شود. در اين روش پيشنهادي سرعت و هزينه توالي سنجي بهبود مي‌يابد.

DNA is made up of molecules called nucleotides. There are four different nucleotides in DNA which are called Adenine, Guanine, Cytosine, and Thymine, or simply A, G, C and T. Determining the order of these bases is called DNA sequencing. This sequence determines the genes and these genes specify an individual’s unique traits. Therefore, the genetic research plays an important role in detection, prevention and treatment of diseases which are caused by genetic abnormalities and mutations. Common DNA sequencing methods are usually based on chemical reactions. These methods have some disadvantages for example they are expensive and also they cause losing DNA. So, in recent years the progress in molecular scale simulation methods has made various approaches for DNA sequencing. In this paper, a suitable method for DNA sequencing has been presented and its accuracy is investigated by molecular dynamics simulations. In this method, DNA molecule passes through the carbon nanotube first, and then the graphene nanopore, with a specific speed. Different bases are determined by analyzing the required force for passing DNA. In this proposed method, the speed and cost of sequencing are improved.